DE3741512A1 - Zweitaktbrennkraftmaschine, insbesondere zum antrieb von kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

Ein ventilloser Zweitakt-Ottomotor ist einem durch Ventile gesteuerten Viertaktmotor gegenüber dann überlegen, wenn sein Stoffwechsel unsymmetrisch gesteuert, d. h. ihm der überwiegende Teil seines Frischgases bei geschlossenem Auslass zugeführt wird, wobei sein Ladesystem im Motor­ takt arbeitet, also von der Kurbelwelle angetrieben sein muß.

Eine derartige Zweitaktmaschine ist durch den Gegenstand der Anmeldung P 37 25 623.8 mit Zusätzen P 37 13 377.6, P 37 25 636.2 und P 37 35 332.2 unter Schutz gestellt. Deren Schwingkolben-Ladesysteme, welche längs ein- oder beidseitig des oder der Arbeitszylinder angeordnet sind, leiten das vor­ verdichtete Frischgas, gesteuert durch den Schwingkolben­ lader, mit in Nähe des Auslaßschlusses beginnender Einspritzung des Brennstoffs, in den Arbeitszylinder.

Die Aufgabe vorliegender Erfindung besteht darin, den Wir­ kungsgrad dieses Zweitaktmotors weiter zu verbessern und ihn besonders für den Einsatz für Fahrzeugantriebe dadurch noch geeigneter zu machen, daß sein Vollast-Betriebs-Dreh­ moment über einen größeren Drehzahlbereich ausgenutzt wer­ den kann, so daß der dem Motor nachgeschaltete Drehmoment­ wandler weniger Stufen benötigt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß längs und beidseitig des Arbeitszylinders Schwingkolbenlade­ einrichtungen angeordnet sind, welche versetzt zueinander eine Frischgasvorverdichtung derart vornehmen, daß die erste Ladeeinrichtung keine Steuerungsfunktion ausübt und nur Luft fördert, während der Ladevorgang der später verdichtenden zweiten Ladeeinrichtung, gesteuert durch eine Steuerkante des Schwingkolbens, erst in der Nähe des durch den Arbeits­ kolben gesteuerten Anlaßschlusses einsetzt, wobei in den Lade-Luftstrom der zweiten Ladeeinrichtung durch eine Düse Brennstoff gespritzt wird oder durch die zweite Ladeeinrich­ tung dem Arbeitszylinder ein von einer Zentraleinspritzung mit Brennstoff beliefertes oder in einem Vergaser erzeugtes, einen der Luftmenge beider Ladeeinrichtungen entsprechenden Brennstoffanteil aufweisendes Gemisch dem Arbeitszylinder zugeführt wird.

Bei Anwendung dieser Maßnahmen wird der Zylinder durch die eine Ladeeinrichtung bei offenem Auslaß mit niedrigem Spül­ druck gründlich gespült, so daß nur noch ein geringer Rest­ gasanteil im Zylinder verbleibt, sobald die zweite Ladeein­ richtung mit höherem Druck die endgültige Gemischbildung bei geschlossenem Auslaß vornimmt. Der bei dem Gegenstand der Erfindung für die Spülung und Aufladung zur Verfügung stehende Zeitquerschnitt der Stoffwechselöffnungen im Zylin­ der wird gegenüber der Maschine mit nur einer Ladeeinrich­ tung dadurch vergrößert, daß sich der Vorgang durch die gestufte Aufladung über einen größeren Kurbelwinkel er­ streckt.

Durch die genannten Maßnahmen wird der Wirkungsgrad der Maschine verbessert, weil nur das halbe Ladevolumen höher verdichtet zu werden braucht und der Restgasanteil durch die vorher einsetzende, mit geringerem Überdruck ablaufende Spülung reduziert wird. Diese durch die intensivierte Ar­ beitszylinderfüllung erzielte Verbesserung wirkt sich über den gesamten Vollast-Betriebsbereich des Motors aus, so daß zusätzlich dessen elastische Eigenschaften erhöht werden.

In den Abbildungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. In Fig. 1 ist ein Schnitt durch den Zylinder quer zur Kurbelwelle, in Fig. 2 ein in Fig. 1 mit A-B ge­ kennzeichneter Querschnitt und in Fig. 3 das Steuerdiagramm wiedergegeben.

In den Abbildungen ist mit 1 der Zylinder, welcher vom Kühl­ mantel 2 umgeben ist, gekennzeichnet. Der Kolben 3 treibt über die Pleuelstange 4 die Kurbelwelle 5 an. Oberhalb des Kolbens befindet sich der halbkugelförmige Brennraum 6 mit der Zündkerze 7. Auf der Kurbelwelle sitzen, versetzt gegen­ einander, die zweckmäßigerweise als Exzenter ausgebildeten Ladekurbeln 8 und 9, welche über die Stangen 13 und 14 die Schwingkolben 15 und 16 der einander gegenüberliegenden Lade­ einrichtungen antreiben. Die Schwingkolben 15 und 16 bilden mit in den längsliegenden, für die Schwingbewegung der Schwingkolben ausgenommenen Zylindern 51 und 52 gelagerten, mit Kanälen ausgerüsteten Walzen 16 und 18 eine Einheit. Schwingkolben 15 und 17 mit Walzen 16 und 18 werden beim Zu­ sammensetzen des Motors von vorn in die Zylinder 51 und 52 eingeschoben und durch den Deckel 55 abgedeckt. Dadurch ent­ stehen zusammen mit den an das Kurbelgehäuse 10 angegossenen Teilzylindern 11 und 12, der Kurbelgehäuserückwand 55 nach Aufsetzen des Deckels 56 die sich bei laufender Maschine vergrößernden und verkleinernden Druck- bzw. Saugräume 57 und 58. Die dem Kurbelgehäuse zugewendeten Rückenflächen der Schwingkolben 15 und 17 bewegen sich zusammen mit der unteren Hälfte der Walzen 16 und 18 im Ölraum des Kurbel­ gehäuses 10. Zum Ölabstreifen sind auf den Zylinderflächen der Walzen 16 und 18 Leisten 59 und 60 angebracht.

Die übrigen Bestandteile des Motors werden bei der nachfol­ genden Beschreibung des Motor-Betriebsablaufes erwähnt. Bei der in Fig. 1 veranschaulichten Stellung des Kolbens 3 be­ findet sich die in Pfeilrichtung 50 drehende Kurbelwelle 5 des Motors im Betriebspunkt 41 des Steuerdiagramms von Fig. 3. An diesem Betriebspunkt hat der Schwingkolben 17 der zweiten Ladeeinrichtung seinen Totpunkt erreicht. Der hohe Einlaßschlitz 24 dieser Arbeitszylinderseite wird gerade geschlossen, nachdem noch kurz vorher durch die Düse 22 über den Einspritztrichter 35 Brennstoff in den vom Druckraum 58 über den in der Walze 18 angebrachten Kanal 20 und den Ein­ laßkanal 24 strömende, verdichtete Luft gespritzt war. Das dadurch entstandene Brennstoff-Luft-Gemisch strömte in Pfeil­ richtung 46 an der Zylinderwand zum Brennraum 6 des Zylin­ ders 1 bei durch den Kolben 3 geschlossenen Einlaßschlitzen 23 der gegenüberliegenden Zylinderseite und geschlossenen Auslaßschlitzen 25 und 26.Die Auslaßschlitze 25 und 26 hatten bei abwärtsgehendem Kolben 3 im Betriebspunkt 36 ge­ öffnet und blieben bis zum Betriebspunkt 37 geöffnet. Kurz nach Öffnen der Auslaßschlitze öffnete im Betriebspunkt 36 der Spüleinlaßschlitz 23, dem durch die Ladeeinrichtung mit Schwingkolben 15 vorverdichtete Luft, welche bis zum unteren Totpunkt der Kurbel 8 über den Lufttrichter 27 und die sich durch den Unterdruck geöffnete Membran 29 in den Raum 57 gesaugt war, zugeführt wurde.

Das Ausströmen der Abgase aus den Auslaßschlitzen 25, 26 sorgte bereits vorher für eine entsprechende Druckabnahme im Zylinder, so daß infolge des dann durch den in der Walze 16 angeordneten Kanal 19 und den Einlaßschlitz 23 einset­ zenden Förderstrom eine Spülung des Zylinders erfolgte.

Vom Betriebspunkt 40 ab wurde diese Spülung, gesteuert durch die Steuerkante 61 des Kanals 20, durch einen von dem Schwing­ kolben 17 der zweiten Ladeeinrichtung erzeugten Frischgas­ strom unterstützt. Diese Spülströmung ist in Fig. 2 durch die Pfeile 45 und 46 veranschaulicht. Am Treffpunkt 47 im Zylinder strömten die eindringenden Frischgasströme im Zy­ linder so lange nach oben, bis die durch Pfeile 48 und 49 gekennzeichnete Abgasströmung bei Schließen der Auslaß­ schlitze im Betriebspunkt 39 aufgehört hatte. Kurz vorher (Betriebspunkt 39) wurde die Spülung durch den Einlaßschlitz 23 abgebrochen. Bei Schließen der Auslaßschlitze bzw. kurz davor, jedenfalls bei bereits strömender Luft auf der Seite des Einlaßschlitzes 24, wurde der Brennstoff durch die Düse 22 dieser Luft zugeführt. Hier ist nun der Betriebszustand erreicht, welcher in Fig. 1 wiedergegeben ist. Bei weiter aufwärtsgehendem Kolben 3 wird das durch den Schlitz 24 zu­ geführte fette Gemisch mit der bereits von der gegenüber­ liegenden Seite eingeführten Luft verwirbelt und im Brenn­ raum 6 durch die Kerze 7 gezündet.

Zu vorstehender Beschreibung wurden die Bohrungen 32 und 34, welche in die Anlageflächen 31 und 33 der Membranen 29 und 30 einmünden, nicht erwähnt. Diese Bohrungen sorgen für ein schnelles Schließen der Membranen beim Umkehren der Schwing­ kolben 15 und 17. Der dann einsetzende Überdruck löst die Membranen 29 und 33 und sorgt für einen Abschluß der Kanäle 27 und 28.

In Fig. 3 sind zur Verdeutlichung der Steuerzeiten, beson­ ders der des Spülens, sowie der Gemischzuführung, Winkel­ größen eingetragen. Bezugszeichen 42 gibt den Auslaßwinkel, 43 den Spülbereich der ersten Ladeeinrichtung (15, 16) und 44 den der zweiten Ladeeinrichtung an.

Claims (1)

1. Zweitaktbrennkraftmaschine, insbesondere zum Antrieb von Kraftfahrzeugen, mit Schwingkolben-Ladeeinrichtungen, bei denen Steuerkanten von Kanälen auf zylindrischen Oberflächen der Schwingkolben der Ladeeinrichtungen in Verbindung mit Stoffwechselschlitzen im Arbeitszylinder Steuerungsfunkti­ onen ausüben, dadurch gekennzeichnet, daß längs und beidseitig des Arbeitszylinders (1) Schwing­ kolben-Ladeeinrichtungen (15, 16; 17, 18) angeordnet sind, welche versetzt zueinander eine Frischgasvorverdichtung derart vornehmen, daß die erste Ladeeinrichtung (15, 16) keine Steuerungsfunktion ausübt und nur Luft fördert, wäh­ rend der Ladevorgang der später verdichtenden zweiten Lade­ einrichtung (17, 18), gesteuert durch eine Steuerkante (61) des Schwingkolbens (17, 18), erst in der Nähe des durch den Arbeitskolben (3) gesteuerten Auslaßschlusses (37) einsetzt, wobei in den Ladeluftstrom der zweiten Ladeeinrichtung (17, 18) durch eine Düse (22) Brennstoff gespritzt wird oder durch die zweite Ladeeinrichtung (17, 18) ein von einer Zentraleinspritzung mit Brennstoff beliefertes oder in einem Vergaser erzeugtes, einen der Luftmenge beider Ladeeinrich­ tungen entsprechenden Brennstoffanteil aufweisendes Gemisch dem Arbeitszylinder (1) zugeführt wird.